半导体材料技术突破芯片散热性能飞跃
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2026-02-10 16:00:30
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来源:滚动播报

(来源:中国航空报)

近日,中国科学院院士、西安电子科技大学教授郝跃团队打破了20年的半导体材料技术瓶颈,让芯片散热效率与综合性能得到了飞跃性提升,为解决各类半导体材料高质量集成提供了可复制的中国范式。相关成果已发表在《自然·通讯》与《科学·进展》。

在半导体器件中,不同材料层之间的界面质量直接决定了整体性能。传统方法使用氮化铝作为中间的“粘合层”,但“粘合层”在生长时,会自发形成无数不规则且凹凸不平的“岛屿”。岛状结构表面崎岖,导致热量在界面传递时阻力极大,形成“热堵点”。“热量散不出去,就会在芯片内部累积,最终导致性能下降甚至器件烧毁。该问题成为制约射频芯片功率提升的最大瓶颈。”西安电子科技大学副校长、教授张进成介绍。

团队创新性地开发出“离子注入诱导成核”技术,将原来随机、不均匀的生长过程,转变为精准、可控的均匀生长。“就像把随机播种变为按规划均匀播种,最终长出了整齐划一的庄稼。”论文第一作者、西安电子科技大学教授周弘进一步解释,这项工艺使氮化铝层从粗糙的“多晶岛状”结构,转变为原子排列高度规整的“单晶薄膜”。

实验数据显示,新结构的界面热阻仅为传统“岛状”结构的三分之一。该技术解决了从第三代到第四代半导体都面临的共性散热难题,为后续的性能爆发奠定了最关键的基础。

基于这项创新的氮化铝薄膜技术,研究团队制备出的氮化镓微波功率器件,在X波段和Ka波段分别实现了42和20瓦每毫米的输出功率密度。这一数据将国际同类器件的性能纪录提升了30%~40%,是近20年来该领域最大的一次突破。

“这意味着,在芯片面积不变的情况下,装备探测距离可以显著增加;对于通信基站而言,则能实现更远的信号覆盖和更低的能耗。”周弘介绍。

对于普通民众,这项技术的红利也将逐步显现。未来,手机在偏远地区的信号接收能力可能更强,续航时间也可能更长。更深远的影响在于,它为推动5G/6G通信、卫星互联网等未来产业的发展,储备了关键的核心器件能力。

这项研究成果的核心价值在于,它成功地将氮化铝从一种特定的“粘合剂”,转变为一个可适配、可扩展的“通用集成平台”,为解决各类半导体材料高质量集成的世界性难题,提供了可复制的中国范式。(李媛)

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